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綠色債券系列研究——生物質(zhì)發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及農(nóng)林生物質(zhì)項目環(huán)境效益評估研究

   2019-02-28 中國節(jié)能網(wǎng)3290
核心提示:生物質(zhì)能源是受到人們重新關(guān)注的可再生能源形式之一,生物質(zhì)發(fā)電是生物質(zhì)能開發(fā)的最主要利用形式之一,發(fā)電方式主要可分為直接燃燒發(fā)電、氣化發(fā)電和耦合發(fā)電三種方式。
 
生物質(zhì)能源是受到人們重新關(guān)注的可再生能源形式之一,生物質(zhì)發(fā)電是生物質(zhì)能開發(fā)的最主要利用形式之一,發(fā)電方式主要可分為直接燃燒發(fā)電、氣化發(fā)電和耦合發(fā)電三種方式。
針對生物質(zhì)發(fā)電項目,我國2006年推出了標(biāo)桿電價+補貼電價的優(yōu)惠政策;2010年和2012年,農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電和垃圾焚燒發(fā)電分別執(zhí)行0.75元和0.65元的標(biāo)桿電價。電價政策優(yōu)惠明顯,生物質(zhì)發(fā)電項目快速發(fā)展。發(fā)改委、農(nóng)業(yè)部、林業(yè)局、能源局、環(huán)保部等部門也先后出臺了多項關(guān)于生物質(zhì)利用的規(guī)劃。國家能源局在《生物質(zhì)發(fā)電“十三五”規(guī)劃布局方案》中規(guī)劃了生物質(zhì)發(fā)電規(guī)模合計2,334萬千瓦的發(fā)展目標(biāo)。截至2017年底,全國并網(wǎng)裝機容量1,476.2萬千瓦,全球范圍僅次于美國的1,670萬千瓦裝機規(guī)模。
農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電方面,目前生物質(zhì)氣化后發(fā)電、與燃煤機組耦合發(fā)電、充分利用林業(yè)生物質(zhì)等是主要的發(fā)展動向。其環(huán)境效益主要體現(xiàn)傳統(tǒng)大氣污染物排放相對較低,排放煙氣中SO2、NOx含量較低,同時生物質(zhì)能源可再生、節(jié)約了化石燃料的使用,且生物質(zhì)發(fā)電為碳中性,其節(jié)能減排的環(huán)境效益明顯。評估農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項目的績效表現(xiàn)時,可從機組發(fā)電效率/鍋爐效率、燃料的收集與制備、污染物的排放情況、機組的利用小時數(shù)以及生物質(zhì)發(fā)電的環(huán)境影響等方面進行綜合評估。
預(yù)期未來以裝機規(guī)模不太大的分布式生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)為形式的能源開發(fā)模式和項目建設(shè),可協(xié)同解決小型城鎮(zhèn)和城鄉(xiāng)居住區(qū)的包括居民取暖在內(nèi)的熱力供應(yīng),并實現(xiàn)電力生產(chǎn),消納周邊農(nóng)林地區(qū)生物質(zhì),有效降低采暖期的化石燃料消耗和污染排放,并減少農(nóng)林生物質(zhì)散燒帶來的負(fù)面環(huán)境影響。
生物質(zhì)能源是人類最早加以利用的能源形式,包括人類早期的鉆木取火、農(nóng)耕文明時間的薪柴燃料,均是直接取自大自然生物圈或者農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的生物質(zhì)資源。人類進入工業(yè)化時代后,開始大規(guī)模地利用煤炭、石油和天然氣等化石能源用以支持社會經(jīng)濟發(fā)展,生物質(zhì)能源此時在能源供給中的重要性不比以往;而隨著化石能源廣泛使用后產(chǎn)生的種種生態(tài)環(huán)境及氣候變化問題出現(xiàn)后,人類又重新審視能源結(jié)構(gòu)的合理性與可持續(xù)性,新能源和可再生能源日漸受到重視,而生物質(zhì)能源又重新受到人們的關(guān)注。
一、生物質(zhì)的基本概念
1.1 生物質(zhì)
生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機體。生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式,它以生物質(zhì)為載體,直接或間接地來源于綠色植物的光合作用,可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料,替代煤炭,石油和天然氣等化石燃料,可永續(xù)利用,具有環(huán)境友好和可再生雙重屬性,發(fā)展?jié)摿薮蟆?/div>
通常意義上,廣義的生物質(zhì),包括動植物、微生物及其產(chǎn)生的廢棄物,狹義的生物質(zhì)通常指是秸稈、木質(zhì)纖維等此類的農(nóng)林型生物質(zhì)。實際操作中,在我國能源部門的生物質(zhì)發(fā)電項目統(tǒng)計口徑中,即包括了農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電和沼氣發(fā)電;包含了大量生物質(zhì)的城鄉(xiāng)生活垃圾的減量化和資源化,也被視為生物質(zhì)利用的一種途徑。
生物質(zhì)能的研究開發(fā),主要有物理轉(zhuǎn)換、化學(xué)轉(zhuǎn)換、生物轉(zhuǎn)換三大類,涉及到氣化、液化、熱解、固化和直接燃燒等技術(shù)。生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電、或者生物質(zhì)進行氣化之后進行發(fā)電,是生物質(zhì)能利用的重要方式之一。
1.2 生物質(zhì)發(fā)電
世界上最早的生物質(zhì)發(fā)電起源于20世紀(jì)70年代,當(dāng)時因為世界性的石油危機爆發(fā),丹麥為緩解危機帶來的能源壓力,率先大力推行秸稈等生物質(zhì)發(fā)電技術(shù),1990年以后,生物質(zhì)發(fā)電在歐美許多國家也得到大力發(fā)展。生物質(zhì)發(fā)電方式主要可分為直接燃燒發(fā)電、氣化發(fā)電和耦合發(fā)電三種方式。直接燃燒發(fā)電分為農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電等;氣化發(fā)電可分為農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電等;耦合發(fā)電是生物質(zhì)與其他燃料結(jié)合的發(fā)電技術(shù)(王剛,曲紅建,呂群.我國生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用探討[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2018(01):16-19)。
1.3 本研究的主要研究對象
《綠色債券支持項目目錄》(以下簡稱《目錄》)中“3.6生物質(zhì)資源回收利用”是指:農(nóng)業(yè)秸稈、林業(yè)廢棄物、城鄉(xiāng)生活垃圾等生物質(zhì)廢棄物資源化利用裝置/設(shè)施建設(shè)運營。包含但不限于以下類別:非糧生物質(zhì)液體燃料生產(chǎn)裝置/設(shè)施、農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電、供熱裝置/設(shè)施、生物燃?xì)馍a(chǎn)裝置/設(shè)施、城鄉(xiāng)生活垃圾資源化利用裝置/設(shè)施等。
本研究主要關(guān)注農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電和供熱裝置/設(shè)施。包括垃圾焚燒在內(nèi)的生活垃圾資源化、非糧生物質(zhì)液體燃料生產(chǎn)、生物燃?xì)馍a(chǎn)等,由于涉及的行業(yè)類型不同、應(yīng)用技術(shù)差異較大,將在其他研究中開展。
二、生物質(zhì)發(fā)電的政策導(dǎo)向及發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 國內(nèi)政策規(guī)劃
我國生物質(zhì)能的應(yīng)用技術(shù)研究,從20世紀(jì)80年代以來一直受到政府和科技人員的重視;“六五”計劃就開始設(shè)立研究課題,進行重點攻關(guān),主要在氣化、固化、熱解和液化等方面開展研究開發(fā)工作(蔣劍春.生物質(zhì)能源應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2002(02):75-80)。生物質(zhì)能在我國屬于受到鼓勵的可再生能源利用形式。在2005年《可再生能源法》推出時,我國明確提出鼓勵開發(fā)利用生物質(zhì)燃料和發(fā)展能源作物,但此時生物質(zhì)發(fā)電尚沒有特別受到明確的政策傾斜。
2006年,發(fā)改委針對生物質(zhì)發(fā)電項目,推出了標(biāo)桿電價+補貼電價的優(yōu)惠政策,補貼電價每千瓦時0.25元,持續(xù)15年,但常規(guī)能源超過20%的混燃發(fā)電項目不在補貼范圍內(nèi)。2010年7月和2012年12月,發(fā)改委對農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電和垃圾焚燒發(fā)電,分別執(zhí)行0.75元和0.65元的標(biāo)桿電價。明顯高于普通燃煤標(biāo)桿電價的政策優(yōu)惠,推動了我國生物質(zhì)發(fā)電項目的快速發(fā)展。
除了價格端的傾斜政策,發(fā)改委、農(nóng)業(yè)部、林業(yè)局、能源局、環(huán)保部等部門,先后出臺了多項關(guān)于生物質(zhì)利用的規(guī)劃。2014年,發(fā)改委提出到2017年實現(xiàn)生物質(zhì)發(fā)電裝機1,100萬千瓦的規(guī)劃目標(biāo),目前已順利實現(xiàn);林業(yè)局2013年提出,到2020年建成能源林1,678萬公頃、林業(yè)生物質(zhì)年利用量超過2,000萬噸標(biāo)煤的規(guī)劃目標(biāo);2017年,國家能源局在《生物質(zhì)發(fā)電“十三五”規(guī)劃布局方案》中,規(guī)劃了生物質(zhì)發(fā)電規(guī)模合計2,334萬千瓦的發(fā)展目標(biāo),其中農(nóng)林生物質(zhì)1,312萬千瓦,垃圾焚燒發(fā)電1,022萬千瓦。
2017年末,國家能源局和環(huán)境保護部開始開展燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點工作;同時,國家發(fā)展改革委和國家能源局推出了促進生物質(zhì)能供熱發(fā)展指導(dǎo)意見(發(fā)改能源[2017]2123號);在2018年1月,國家能源局著手推動開展“百個城鎮(zhèn)”生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)縣域清潔供熱示范項目建設(shè)(國能發(fā)新能〔2018〕8號),示范項目共136個,裝機容量380萬千瓦。
關(guān)于生物質(zhì)發(fā)電的主要法律及政策規(guī)劃,如表1所示。
2.2 國內(nèi)外生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀
生物質(zhì)能是世界上重要的新能源,技術(shù)成熟,應(yīng)用廣泛,在應(yīng)對全球氣候變化、能源供需矛盾、保護生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用,是全球繼石油、煤炭、天然氣之后的第四大能源,成為國際能源轉(zhuǎn)型的重要力量。
2.2.1 國際生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展概況
根據(jù)能源局的《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》披露的數(shù)據(jù)顯示,截至2015年,全球生物質(zhì)發(fā)電裝機容量約1億千瓦,其中美國1,590萬千瓦、巴西1,100萬千瓦。生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)已成為歐洲,特別是北歐國家重要的供熱方式。生活垃圾焚燒發(fā)電發(fā)展較快,其中日本垃圾焚燒發(fā)電處理量占生活垃圾無害化處理量的70%以上。
根據(jù)全球可再生能源網(wǎng)絡(luò)REN21發(fā)布的《2018年可再生能源現(xiàn)狀報告》所披露的數(shù)據(jù),2017年全球新增生物質(zhì)發(fā)電810萬千瓦,到2017年底全球在運生物質(zhì)發(fā)電裝機容量1.22億千瓦,其中歐盟4,000萬千瓦、美國1,670萬千瓦、中國1,490萬千瓦、印度950萬千瓦、日本360萬千瓦。從全球范圍看,歐盟地區(qū)的裝機規(guī)模最大,這也與生物質(zhì)發(fā)電項目在歐盟興起有很大關(guān)聯(lián);歐盟、美國和中國的合并裝機規(guī)模占全球總規(guī)模的58.7%。
根據(jù)美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(FERC)最新發(fā)布的數(shù)據(jù),美國2018年前5個月增加了66MW的生物質(zhì)發(fā)電能力,目前累計裝機16.52GW,即1,652萬千瓦(此為美國官方數(shù)字,前述REN21發(fā)布的研究報告的統(tǒng)計存在偏差),目前仍為裝機全球第一的國家。
2.2.2 國內(nèi)生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展概況
我國的生物質(zhì)發(fā)電起步較晚。2003年,國家先后核準(zhǔn)批復(fù)了國信如東、國能單縣、河北晉州3個秸稈發(fā)電示范項目,拉開了生物質(zhì)發(fā)電建設(shè)的序幕。2006年起施行的《可再生能源法》以及后續(xù)一系列生物質(zhì)發(fā)電優(yōu)惠上網(wǎng)電價等有關(guān)配套政策,推動了我國生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的快速壯大。“十一五”期間,我國生物質(zhì)直燃發(fā)電得到了迅速發(fā)展。結(jié)合公開資料和統(tǒng)計數(shù)據(jù),我國2006年至今,生物質(zhì)發(fā)電的整體發(fā)展情況,如下圖2所示。我國生物質(zhì)發(fā)電的規(guī)模,從2006年約140萬千瓦的裝機,快速增長到2018年一季度末的1,575萬千瓦,年均增長幅度超20%。
此外,根據(jù)《國家能源局關(guān)于2017年度全國可再生能源電力發(fā)展監(jiān)測評價的通報》和《國家能源局發(fā)布2016年度全國生物質(zhì)能源發(fā)電監(jiān)測評價通報》所披露的數(shù)據(jù),近兩年我國分省的生物質(zhì)發(fā)電并網(wǎng)運行總體情況如下圖3、圖4、圖5所示。
截至2016年底,全國生物質(zhì)發(fā)電并網(wǎng)裝機容量1,214萬千瓦(不含自備電廠),占全國電力裝機容量的0.7%,占可再生能源發(fā)電裝機容量的2.1%,占非水可再生能源發(fā)電裝機容量的5.1%;2016年,全國生物質(zhì)發(fā)電量647億千瓦時,占全國總發(fā)電量的1.1%,占可再生能源發(fā)電量的4.2%,占非水可再生能源發(fā)電量的17.4%。截至2016年底,共有30個省(區(qū)、市)投產(chǎn)了665個生物質(zhì)發(fā)電項目,其中山東?。?79.4萬千瓦)、江蘇?。?25萬千瓦)和浙江省(118.2萬千瓦)并網(wǎng)裝機容量居前三位。
截至2017年底,全國共有30個?。▍^(qū)、市)投產(chǎn)了747個生物質(zhì)發(fā)電項目,并網(wǎng)裝機容量1,476.2萬千瓦(不含自備電廠),占全國電力裝機容量的0.6%,占可再生能源發(fā)電裝機容量的2.3%,占非水可再生能源發(fā)電裝機容量的4.8%。2017年發(fā)電量794.5億千瓦時,占全部發(fā)電量的1.2%,占可再生能源發(fā)電量的4.7%,占非水可再生能源發(fā)電量的15.8%。其中農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項目271個,累計并網(wǎng)裝機700.9萬千瓦,年發(fā)電量397.3億千瓦時;生活垃圾焚燒發(fā)電項目339個,累計并網(wǎng)裝機725.3萬千瓦,年發(fā)電量375.2億千瓦時;沼氣發(fā)電項目137個,累計并網(wǎng)裝機50.0萬千瓦,年發(fā)電量22.0億千瓦時。生物質(zhì)發(fā)電累計并網(wǎng)裝機排名前四位的省份是山東、浙江、江蘇和安徽,分別為210.7萬、158.0萬、145.9萬和116.3萬千瓦;年發(fā)電量排名前四位的省份是山東、江蘇、浙江和安徽,分別是106.5億、90.5億、82.4億和66.2億千瓦時。
2016年,全國生物質(zhì)發(fā)電替代化石能源2,030萬噸標(biāo)煤,減排二氧化碳約5,340萬噸。農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電共計處理農(nóng)林剩余物約4,570萬噸;垃圾焚燒發(fā)電共計處理城鎮(zhèn)生活垃圾約10,450萬噸,約占全國垃圾清運量的37.3%。2017年,全國生物質(zhì)發(fā)電替代化石能源約2,500萬噸標(biāo)煤,減排二氧化碳約6,500萬噸。農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電共計處理農(nóng)林廢棄物約5,400萬噸;垃圾焚燒發(fā)電共計處理城鎮(zhèn)生活垃圾約10,600萬噸,約占全國垃圾清運量的37.9%。


 
2.2.3 生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展小結(jié)
截至2017年,我國生物質(zhì)發(fā)電的裝機總規(guī)模(含垃圾焚燒發(fā)電)已經(jīng)超額實現(xiàn)了發(fā)改委前期所制定的規(guī)劃;農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電與垃圾焚燒發(fā)電大致各占一半,另有少部分的沼氣發(fā)電利用形式,但體量較小,僅占全部生物質(zhì)發(fā)電裝機規(guī)模的3.4%??傮w上而言,我國生物質(zhì)發(fā)電尚處于發(fā)展的初期,生物質(zhì)發(fā)電在電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中仍只是占比相對微小的能源形式,即便在新能源結(jié)構(gòu)中,裝機占比也僅有2.3%、發(fā)電量僅占4.7%。同時,受限于燃料供應(yīng)及燃燒方式的限制,現(xiàn)階段的直燃性機組的裝機規(guī)模都不大,氣化發(fā)電規(guī)模一般小于5MW,直燃規(guī)模一般小于30MW,例如秸稈發(fā)電通常以12MW、25MW規(guī)模的機組最為常見,相比火電行業(yè)600MW、1,000MW級別的高標(biāo)準(zhǔn)新機組,無論從發(fā)電能力、運行參數(shù)等角度均處于明顯劣勢。生物質(zhì)發(fā)電對于我國電力生產(chǎn)消費的巨大體量而言,目前僅是一個小組分;但另一方面,對于生物質(zhì)資源獲取便利等具有一定優(yōu)勢條件的地區(qū)而言,因地制宜地開展發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)等項目,替換城鎮(zhèn)農(nóng)村地區(qū)的中小型鍋爐(鍋爐效率低、無法脫硫脫氮)的低效燃煤利用方式,將煤炭主要提供給利用效率最高、污染處理最優(yōu)的高標(biāo)準(zhǔn)火電站去使用,通過單機規(guī)模不大、但分布更廣、燃料獲取便利的分布式應(yīng)用為主的生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn),可以有效服務(wù)于廣大小城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)的能源供給,并實現(xiàn)生物質(zhì)的多元化梯級利用,并實現(xiàn)良好的節(jié)約能源、降低排放等環(huán)境效益,同時替換化石燃料的使用。
2018年一季度,我國生物質(zhì)發(fā)電新增裝機99萬千瓦,累計裝機容量達(dá)到1,575萬千瓦,同比增長24%;一季度生物質(zhì)發(fā)電量達(dá)到178.6億千瓦時,同比增長19.1%,繼續(xù)保持穩(wěn)步增長勢頭(白明琴. 生物質(zhì)能向熱電聯(lián)產(chǎn)方向轉(zhuǎn)型發(fā)展[N]. 中國電力報,2018-07-09(006))。截至2018年一季度末,我國生物質(zhì)發(fā)電總裝機規(guī)模僅落后全球第一裝機規(guī)模的美國約77萬千瓦(美國2018年5月末為1,652萬千瓦)。在可再生能源領(lǐng)域,中國將在繼風(fēng)電、光伏之后,在生物質(zhì)發(fā)電領(lǐng)域也將逐步走在世界最前列。
我國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)雖然規(guī)模已經(jīng)較大,但行業(yè)總體上仍處于起步階段,產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化程度相對偏低,生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)要想完全靠市場盈利,維持生存并求得發(fā)展,確實困難重重?,F(xiàn)階段多數(shù)生物質(zhì)直燃型項目處于虧損狀態(tài)。
生物質(zhì)發(fā)電項目造價高,總投資大,運行成本高,盡管國家給予了電價優(yōu)惠政策,但盈利水平仍不理想。項目單位造價高,目前單位造價為1.2萬元/千瓦;且燃料成本高,電價成本中的燃料成本遠(yuǎn)高于燃煤發(fā)電,已建成的生物質(zhì)發(fā)電廠來看,暴露出了資源收集和管理方面的矛盾和問題,高成本正是由于生物質(zhì)資源需要收集、運輸和儲存造成的;對于農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項目,特別需要解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的季節(jié)性和工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性相結(jié)合的問題。此外,生物質(zhì)發(fā)電項目執(zhí)行與傳統(tǒng)發(fā)電行業(yè)一樣的稅收政策,而且生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)增值稅進項抵扣操作困難,企業(yè)實際稅率約為11%~12%,高于常規(guī)火電實際稅率6%~8%。
三、生物質(zhì)發(fā)電的環(huán)境效益及評估要點
本研究主要關(guān)注農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項目,由于垃圾焚燒類生物質(zhì)發(fā)電項目中生活垃圾的本身特性、垃圾焚燒爐的設(shè)置、垃圾焚燒電站的運行模式和管理要求等方面,以及環(huán)境效益和評估的關(guān)注點與農(nóng)林生物質(zhì)項目均存在較大差異,其環(huán)境效益將在其他研究中另做討論分析。
農(nóng)林生物質(zhì)的種類范圍,包括農(nóng)作物的秸稈、殼、根,木屑、樹枝、樹皮、邊角木料,甘蔗渣等;對應(yīng)的發(fā)電項目的廠址選擇,(1)應(yīng)符合當(dāng)?shù)剞r(nóng)林生物質(zhì)直接燃燒和氣化發(fā)電類項目發(fā)展規(guī)劃,充分考慮當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)資源分布情況和合理運輸半徑;(2)廠址用地應(yīng)符合當(dāng)?shù)爻鞘邪l(fā)展規(guī)劃和環(huán)境保護規(guī)劃,符合國家土地政策;城市建成區(qū)、環(huán)境質(zhì)量不能達(dá)到要求且無有效削減措施的或者可能造成敏感區(qū)環(huán)境保護目標(biāo)不能達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求的區(qū)域,不得新建農(nóng)林生物質(zhì)直接燃燒和氣化發(fā)電項目。
3.1生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展趨勢及環(huán)境效益
3.1.1 生物質(zhì)發(fā)電的特點和技術(shù)發(fā)展趨勢
生物質(zhì)與傳統(tǒng)化石燃料煤相比具有以下特性:①揮發(fā)分含量較高,通常干燥基為50%~80%;②C、H、O含量不同;③自身灰分含量較少,通常為0.8%~16%,但在收集和運輸過程中混入雜質(zhì),入爐灰分含量將增加;④生物質(zhì)中N,S含量均較低,Cl含量較高,通常為0.05%~1.2%;⑤灰分通常包含Si,K,Na,Ca,Mg,F(xiàn)e和少量的Al,其中大部分農(nóng)業(yè)生物質(zhì)和部分林業(yè)生物質(zhì)中K、Na等堿金屬元素以及堿土金屬元素Ca、Mg等的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤中的含量;⑥水分含量較高,南方地區(qū)含水率通常為40%~60%,北方地區(qū)含水率為10%~25%,受季節(jié)以及天氣影響,波動較大;⑦生物質(zhì)的自然堆積密度較小,通常為70~90kg/m3,壓縮成型生物質(zhì)燃料堆積密度則可達(dá)到450~1000kg/m3;⑧生物質(zhì)燃料的熱值通常為12~19MJ/kg,隨水分變化波動,能量密度較低(李詩媛,呂清剛,王東宇,包紹麟,尚琳琳,洪波,劉志斌,彭益成.生物質(zhì)直燃循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐設(shè)計準(zhǔn)則和運行分析[J].可再生能源,2012,30(12):96-100)。
我國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)多數(shù)項目受限于燃料獲取成本高、運營維護要求高等實際條件,目前多處于虧損狀態(tài),從行業(yè)發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用的角度,應(yīng)用生物質(zhì)發(fā)電的領(lǐng)域也存在新的發(fā)展趨勢。
(1)生物質(zhì)氣化
生物質(zhì)氣化氣雖然也可以作為蒸汽鍋爐的燃料生產(chǎn)蒸汽帶動蒸汽輪機組發(fā)電,但更適合直接作為燃?xì)廨啓C組或者內(nèi)燃機組的燃料帶動發(fā)電機發(fā)電。燃?xì)廨啓C發(fā)電機組燃用生物質(zhì)氣化氣,根據(jù)生物質(zhì)能的特點要求燃?xì)廨啓C的容量小,適合于低熱值的生物質(zhì)燃?xì)猓ㄈ細(xì)鈮毫σ笤?.098~2.92MPa之間);而且采用燃?xì)廨啓C組發(fā)電,氣化裝置產(chǎn)出的氣化氣凈化后不需要冷卻可直接進入機組燃燒,熱能損失少效率較高;內(nèi)燃機發(fā)電機組燃燒氣化氣發(fā)電技術(shù)相對簡單應(yīng)用也廣泛,所用的內(nèi)燃機可以用柴油機或是天然氣機改造,不過要求氣化氣嚴(yán)格凈化和充分冷卻。
生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(BIGCC)是一種比較先進的生物質(zhì)能利用技術(shù),整個系統(tǒng)包括生物質(zhì)氣化、氣體凈化、燃?xì)廨啓C發(fā)電及蒸汽輪機發(fā)電。由于生物質(zhì)燃?xì)鉄嶂档停s5MJ/m3),要使BIGCC具有較高的效率,燃?xì)獗仨毺幱诟邷馗邏籂顟B(tài),因此必須采用高溫高壓的氣化和凈化技術(shù)。當(dāng)氣化爐出口時的溫度800℃以上(進入燃?xì)廨啓C之前不降溫)壓力又足夠高時,BIGCC的整體效率可以達(dá)到40%;采用一般常壓的氣化和燃?xì)饨禍貎艋捎跉饣屎蛶嚎s的燃?xì)廨啓C效率都較低,整體效率一般只能低于35%。目前比較典型的BIGCC有美國Battelle(63MW)和夏威夷(6MW)項目、歐洲英國(8MW)和芬蘭(6MW)的示范工程等,但由于燃?xì)廨啓C改造在技術(shù)上難度很高,特別是焦油的處理還存在很多有待進一步解決的技術(shù)問題,技術(shù)尚未成熟設(shè)備造價也很高,限制了應(yīng)用推廣。以意大利12MW的BIGCC示范項目為例,機組的發(fā)電效率約為31.7%,但建設(shè)成本高達(dá)2.5萬元/kW,發(fā)電成本高達(dá)1.2元/kWh,缺乏市場競爭力(歐訓(xùn)民.生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].能源技術(shù),2009,30(02):84-85+88)。
(2)耦合發(fā)電
我國的生物質(zhì)發(fā)電目前以直燃發(fā)電方式為主,發(fā)電效率較低,一般20%~30%;生物質(zhì)與煤混燃可以充分利用大型燃煤機組的發(fā)電效率高(可達(dá)40%)的優(yōu)勢,提高生物質(zhì)的利用效率;但生物質(zhì)與煤直接混燃不利于原有的電站鍋爐運行,會帶來一系列問題。因而有學(xué)者認(rèn)為,生物質(zhì)氣化氣與煤混燃發(fā)電對鍋爐運行的影響較小,成為高效利用生物質(zhì)并且減少CO2和SO2排放的有效途徑(王愛軍,張燕,張小桃,黃明華.生物質(zhì)直燃和混燃發(fā)電環(huán)境效益分析[J].可再生能源,2011,29(03):137-140)。
燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電是一種成熟的可再生能源發(fā)電技術(shù),通過現(xiàn)役煤電機組的高效發(fā)電系統(tǒng)和環(huán)保集中治理平臺,盡力消納農(nóng)林生物質(zhì),規(guī)模化協(xié)同處理污泥,實現(xiàn)燃料靈活性,降低存量煤電耗煤量,提升可再生能源發(fā)電量,具有投資省、見效快、排放低、可再生電能質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點。按照生物質(zhì)與原煤燃燒時的混合形式,生物質(zhì)與燃煤機組耦合發(fā)電方式可分為直接混燃、間接混燃和并聯(lián)混燃3類。1)直接混燃,指生物質(zhì)和燃煤在同一個鍋爐燃燒,直接混燃對已有機組系統(tǒng)改動較小,投資相對較小,但易引起燃燒系統(tǒng)運行問題。2)間接混燃,指生物質(zhì)先進行氣化或燃燒,產(chǎn)生的燃?xì)饣蛘邿煔膺M入燃煤鍋爐以利用其熱量;減小了生物質(zhì)對轉(zhuǎn)化過程和設(shè)備的影響,還能降低對生物質(zhì)質(zhì)量的要求,擴大混燃的生物質(zhì)范圍;但需要額外的氣化爐和前置處理裝置,投資成本較高。3)并聯(lián)混燃,指生物質(zhì)和燃煤分別在各自獨立的系統(tǒng)中完成燃料處理和燃燒,產(chǎn)生的蒸汽進入同一汽輪機系統(tǒng)發(fā)電;混燃比例不受燃煤鍋爐的影響,僅受汽輪機出力的限制;但對現(xiàn)有系統(tǒng)改造成本較高。
總體上,直接混燃雖投資較低,但實現(xiàn)準(zhǔn)確計量較困難;并聯(lián)混燃投資成本較高且系統(tǒng)更復(fù)雜;以生物質(zhì)氣化為代表的間接混燃,既能實現(xiàn)高效發(fā)電,又對已有燃煤鍋爐的影響較小,易于實現(xiàn)對進入鍋爐生物質(zhì)氣的計量和監(jiān)管,是目前適應(yīng)我國國情的生物質(zhì)與燃煤機組耦合發(fā)電技術(shù)(毛健雄. 燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電[J]. 分布式能源, 2017,2(5): 47-54)。
2018年6月,國家能源局、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點項目建設(shè)的通知》(以下簡稱“《通知》”),確定了84個技改項目試點,共包括88個項目類型,其中耦合農(nóng)林廢棄殘余物發(fā)電占58個,耦合污泥發(fā)電29個,耦合垃圾發(fā)電1個。從技術(shù)方案上看,“采用生物質(zhì)氣化爐對農(nóng)林廢棄殘余物進行氣化,產(chǎn)生的生物質(zhì)燃?xì)廨斔椭寥济簷C組鍋爐進行燃燒、發(fā)電”這一模式達(dá)40多個;“氣化”成為此次燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改的主要模式。
但值得注意的是,雖然耦合利用方式可以提高生物質(zhì)利用效率,且可以充分利用已有煤電機組,協(xié)同處置污泥等有機質(zhì),且經(jīng)濟性良好,是有前途的發(fā)展趨勢,但是燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電項目卻并不屬于《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的生物質(zhì)發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)中,且在2018年最新的《可再生能源電價附加資金補助目錄(第七批)》(財建〔2018〕250號)中,燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電項目也被從國家補貼目錄中剔除。因而從我國的政策層面的態(tài)度看,此類項目不視同于可再生能源項目,未來直接獲得補貼的可能性不大。但參考《通知》對試點項目的政策導(dǎo)向,預(yù)期未來耦合類型項目可以在在節(jié)能低碳電力調(diào)度優(yōu)先原則下,獲得優(yōu)先調(diào)度序位等傾斜支持。
(3)充分利用林業(yè)生物質(zhì)
在我國已建成的生物質(zhì)發(fā)電項目中,大部分以農(nóng)業(yè)剩余物作為主要燃料,以秸稈為代表的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)體積大、質(zhì)量輕,能量密度較低,從農(nóng)田分散處收集困難,運輸成本高。如果出現(xiàn)農(nóng)業(yè)剩余物不足,或受中間商壟斷和存儲條件限制,以農(nóng)業(yè)剩余物作為主要燃料的生物質(zhì)發(fā)電項目將存在燃料瓶頸,難以持續(xù)健康發(fā)展。和農(nóng)業(yè)剩余物相比,我國林業(yè)剩余物則數(shù)量龐大,且分布較為集中,據(jù)文獻(黃小琴.我國林業(yè)生物質(zhì)發(fā)電的現(xiàn)狀、存在問題及發(fā)展對策[J].價值工程,2018,37(16):176-177)援引的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,我國現(xiàn)有森林面積約2億公頃,林業(yè)生物質(zhì)資源潛力約180億噸。在現(xiàn)有的林木資源中,可用作林業(yè)生物質(zhì)能源的總量約有3.5億噸,全部開發(fā)利用,可替代2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤;所以有學(xué)者認(rèn)為,以林業(yè)剩余物作為燃料的林業(yè)生物質(zhì)發(fā)電值得大力發(fā)展。
3.1.2 生物質(zhì)發(fā)電的主要環(huán)境效益
由于生物質(zhì)的有機質(zhì)來源于生物圈利用太陽能進行的光合作用,將大氣中CO2轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C態(tài)的含碳有機物。不管最終生物質(zhì)以何種形式,直接燃燒、或轉(zhuǎn)變?yōu)槌尚腿剂?、或轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)氣化氣進行燃燒發(fā)電或其他形式利用后、并最終將其中固定的有機碳釋放到大氣中,由于其碳來源于生物質(zhì)自身的固碳作用,而不是類似化石能源中所積存的地質(zhì)時代的有機碳,生物質(zhì)的生產(chǎn)或者再生環(huán)節(jié)本身即為生物圈碳循環(huán)的一個環(huán)節(jié),因而其排放的碳,學(xué)術(shù)界通常不視為對全球氣候變化有影響的碳排放。生物質(zhì)發(fā)電可認(rèn)為沒有直接的二氧化碳排放,也即“碳中性”。因而相比化石燃料型的火電生產(chǎn),生物質(zhì)發(fā)電將產(chǎn)生明確的二氧化碳減排效益。
傳統(tǒng)大氣污染物排放方面,生物質(zhì)鍋爐排放煙氣中SO2、NOx含量較低,因此與燃煤鍋爐相比,生物質(zhì)能源特點是可再生性、低污染性、廣泛分布性、總量十分豐富。例如,秸稈的硫含量較低大約為煤的十分之一,但是氯含量高,秸稈中的堿金屬含量高會使燃燒運行面臨一些新的問題。
有文獻(王愛軍,張燕,張小桃,黃明華.生物質(zhì)直燃和混燃發(fā)電環(huán)境效益分析[J].可再生能源,2011,29(03):137-140)研究表明,在生物質(zhì)發(fā)電的燃燒階段,CO2的排放量為零,并且SO2排量遠(yuǎn)低于燃煤機組,其環(huán)境效益優(yōu)于燃煤發(fā)電;在相同發(fā)電量基礎(chǔ)上,生物質(zhì)直燃發(fā)電CO2和SO2的生成量比生物質(zhì)氣化與煤混燃發(fā)電CO2和SO2的生成量多;機組發(fā)電效率和氣化效率的提高可以明顯降低CO2和SO2的排放量。因此,推廣生物質(zhì)氣化氣與煤混燃發(fā)電技術(shù)具有重要意義,用生物質(zhì)替代化石燃料進行發(fā)電也是減少CO2和SO2排放的有效措施之一。
生物質(zhì)發(fā)電項目的資源環(huán)境效益,主要體現(xiàn)在生物質(zhì)發(fā)電替代傳統(tǒng)燃煤發(fā)電所減少的能源使用量和對應(yīng)火電生產(chǎn)的污染排放量來衡量??傮w而言,項目可以節(jié)約或者替代燃煤的使用,即減少化石能源的消耗,同時減少生產(chǎn)同等發(fā)電量(發(fā)電量和供熱量)情況下的溫室氣體排放,并同時減少普通火電行業(yè)電力和熱力生產(chǎn)中的SO2、NOx、煙塵排放。
3.2生物質(zhì)發(fā)電的評估要點
生物質(zhì)發(fā)電項目屬于環(huán)境效益比較明確的綠色項目,在定量評估項目所產(chǎn)生的節(jié)能減排環(huán)境效益之外,評估具體生物質(zhì)發(fā)電項目時,亦需要關(guān)注幾個主要方面。
3.2.1 發(fā)電效率/鍋爐效率
生物質(zhì)發(fā)電以直燃發(fā)電方式為主,發(fā)電效率較低,常見范圍在20%~30%左右,國際上也有項目可以達(dá)到40%以上;對于熱電聯(lián)產(chǎn)類項目,由于熱力的合理利用,機組的有效效率會顯著提升,系統(tǒng)綜合效率可達(dá)80%以上,最優(yōu)可以達(dá)到90%左右。
參考國際上的一些運行案例,例如日本大阪府的企業(yè)共同承擔(dān)了“廢木材的再利用系統(tǒng)”的研究課題,進行了利用大阪地區(qū)木材廢屑發(fā)電的試運行,于2001年完成,該發(fā)電廠每年消耗廢木13萬噸,發(fā)電功率20MW,發(fā)電效率為31%;印度年產(chǎn)薪材0.284億噸,木質(zhì)生物質(zhì)能源開發(fā)利用搞得比較好,木質(zhì)生物質(zhì)能源壓縮成型、氣化技術(shù)等進展顯著,生物質(zhì)氣化爐與柴油機發(fā)電機組成的100kW系統(tǒng)的發(fā)電效率為35%,但此發(fā)電裝機規(guī)模較低;丹麥新建的熱電聯(lián)產(chǎn)項目都是以生物質(zhì)為燃料,當(dāng)前在建或擬建機組的單機容量已達(dá)到10萬千瓦(100MW),其熱效率較高,以AVEDORE電廠2002年增設(shè)的熱功率105MW的生物質(zhì)發(fā)電設(shè)備為例,其技術(shù)比較先進,系統(tǒng)鍋爐爐溫達(dá)到583℃,產(chǎn)生24~29.4MPa的超臨界水平蒸汽,能源效率達(dá)90%(宋艷蘋. 生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟分析[D].河南農(nóng)業(yè)大學(xué),2010)(熱電聯(lián)產(chǎn))。國內(nèi)方面,文獻(金亮. 農(nóng)林生物質(zhì)氣化爐開發(fā)及試驗研究[D].浙江大學(xué),2011)統(tǒng)計了國內(nèi)典型的生物質(zhì)氣化發(fā)電效率,固定床(上吸式、下吸式)氣化技術(shù)的功率較小,僅10~160kw級別,發(fā)電效率為10~12%,循環(huán)流化床氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電功率約6MW,發(fā)電效率26~28%。
此外,由于生物質(zhì)種類復(fù)雜,不同種類生物質(zhì)之間形態(tài)、組分、物性和燃燒性能各不相同,很難找到一種燃燒方式可以滿足各種生物質(zhì)燃燒需要滿足的條件,因此需要根據(jù)生物質(zhì)燃料的燃燒特性選擇不同的燃燒技術(shù),并選擇合適的燃燒設(shè)備。生物質(zhì)鍋爐常見的燃燒方式有:層狀燃燒、浮懸燃燒、流化床燃燒。鍋爐的效率也可以較好地反映出生物質(zhì)利用的有效程度,典型的鍋爐熱效率在80%以上;有文獻(李詩媛,呂清剛,王東宇,包紹麟,尚琳琳,洪波,劉志斌,彭益成.生物質(zhì)直燃循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐設(shè)計準(zhǔn)則和運行分析[J] )中的流化床鍋爐熱效率為90.75%。
3.2.2 燃料的收集半徑與氣化效率
對于直燃型生物質(zhì)發(fā)電項目,秸稈型燃料松散,自然密度低,通常壓縮后再運輸可提高運輸車輛的裝載量,可明顯降低運輸成本。有文獻(魏巧云. 生物質(zhì)發(fā)電秸稈供應(yīng)鏈物流成本研究[D].中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2014)通過分析認(rèn)為50公里是一個臨界運距,當(dāng)運量一定,運距小于50公里時宜采用非壓縮狀態(tài)運輸;當(dāng)運距大于50公里時,可以采用壓縮后再運輸,而且運距越長即收集徑越大,壓縮帶來的成本節(jié)約就越顯著,壓縮密度多為0.6~0.8噸/m3,在這個范圍內(nèi),不同壓縮密度對物流成本的影響不明顯,但隨著運距增加,高壓縮密度對物流成本的改善作用稍顯成效。規(guī)模為25MW的秸稈發(fā)電廠年消耗秸稈量約為16萬噸(含水率≤20%),每小時消耗秸稈原料量約為18.5噸,有文獻(張培遠(yuǎn). 國內(nèi)外秸稈發(fā)電的比較研究[D].河南農(nóng)業(yè)大學(xué),2007)研究認(rèn)為,收集半徑達(dá)到50km時,生物質(zhì)電廠通過建收購點(收購點收集秸稈再轉(zhuǎn)運到電廠)的方式收集,比直接收集(電廠直接面向農(nóng)戶收集)具有明顯優(yōu)勢,所需車輛約1.85輛/h,秸稈到廠價格約90元/噸,而后者車輛需37輛/h,到廠價格約230元/噸。也有文獻(劉鋼,黃明皎.秸稈發(fā)電廠燃料收集半徑與裝機規(guī)模[J].電力建設(shè),2011,32(03):72-75)研究表明,當(dāng)燃料收集半徑由30km擴大到50km時,秸稈發(fā)電廠年利潤率下降20%~30%。調(diào)查結(jié)果表明,燃料收集半徑為50km時,電廠的盈利能力基本處于臨界狀態(tài)。
農(nóng)林生物質(zhì)電廠方面,文獻(張?zhí)m. 中國林木生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)與產(chǎn)業(yè)化研究[D].北京林業(yè)大學(xué),2010)提及的案例中,某林木生物質(zhì)發(fā)電項目規(guī)模為24MW,年消耗林木生物質(zhì)原料16~18萬噸;其中一個山區(qū)的收集活動被分解為林木剩余物歸集、林地內(nèi)搬運和運至收購點三個環(huán)節(jié),從林間集材道至收購點的運輸大約為98元公里(25公里~50公里,平均33公里),收購點到電廠約50公里;另一個山區(qū)林地到收購點約2~5公里,收購點到電廠80公里。在研究林木生物質(zhì)發(fā)電項目經(jīng)濟可行性時,文獻14根據(jù)對我國部分地區(qū)林木生物質(zhì)資源狀況的分析,初步設(shè)定的運輸成本條件,即6MW直燃發(fā)電的原料收集半徑為30公里,12MW直燃發(fā)電的收集半徑為50公里,24MW直燃發(fā)電的收集半徑為80公里,48MW直燃發(fā)電的收集半徑為150公里,測算得各裝機規(guī)模的單位生產(chǎn)成本為0.665、0.635、0.659、0.737元/kWh。
對于生物質(zhì)氣化后再發(fā)電的項目,工程應(yīng)用中的一般氣化強度均在400~800kg/(h·m2),通常固定床氣化爐的氣化強度可達(dá)到100-250kg/(h·m2),流化床氣化爐強度為2000kg/(h·m2)(李偉. 玉米秸稈氣化集中供氣技術(shù)分析與集成模式研究[D].河南農(nóng)業(yè)大學(xué),2015)。生物質(zhì)氣的轉(zhuǎn)化效率則是值得關(guān)注的指標(biāo)。國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氣化效率不低于70%,國內(nèi)固定床氣化爐的氣化效率通常為70%-75%,流化床可達(dá)78%以上(王紅彥. 秸稈氣化集中供氣工程技術(shù)經(jīng)濟分析[D].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2012)。文獻(王偉,趙黛青,楊浩林,蔡建渝,陳平.生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的生命周期分析和評價方法探討[J].太陽能學(xué)報, 2005(06):752-759)在以某1MW流化床谷殼氣化發(fā)電系統(tǒng)為具體研究對象時,該系統(tǒng)的氣化效率78%;文獻12述及的某4MW級秸稈氣化整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的參數(shù),氣化爐效率為78%;文獻(易超,張俊春,葉子菀,張健.生物質(zhì)氣化耦合燃煤發(fā)電項目經(jīng)濟性分析[J].中國電力企業(yè)管理,2018(12):79-81)研究的改造項目,單臺氣化爐生物質(zhì)消耗量8噸/時,氣化效率約72%。文獻10設(shè)計的小型生物質(zhì)固定床氣化設(shè)備,氣化效率也能達(dá)到65%。
3.2.3 污染物的排放情況
根據(jù)環(huán)境保護部2008年09月04日發(fā)布的《關(guān)于進一步加強生物質(zhì)發(fā)電項目環(huán)境影響評價管理工作的通知》(環(huán)發(fā)[2008]82號),要求加強生物質(zhì)發(fā)電項目的環(huán)境影響評價管理工作,同時對煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)進行了規(guī)范,單臺出力65t/h以上采用甘蔗渣、鋸末、樹皮等生物質(zhì)燃料的發(fā)電鍋爐,參照《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2003)規(guī)定的資源綜合利用火力發(fā)電鍋爐的污染物控制要求執(zhí)行;單臺出力65t/h及以下采用甘蔗渣、鋸末、樹皮等生物質(zhì)燃料的發(fā)電鍋爐,參照《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271-2001)中燃煤鍋爐大氣污染物最高允許排放濃度執(zhí)行;有地方排放標(biāo)準(zhǔn)且嚴(yán)于國家標(biāo)準(zhǔn)的,執(zhí)行地方排放標(biāo)準(zhǔn);引進國外燃燒設(shè)備的項目,在滿足我國排放標(biāo)準(zhǔn)前提下,其污染物排放限值應(yīng)達(dá)到引進設(shè)備配套污染控制設(shè)施的設(shè)計運行值要求。
隨著我國對火電行業(yè)等鍋爐煙氣排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高,生物質(zhì)鍋爐已經(jīng)不適應(yīng)新的環(huán)保要求?,F(xiàn)各地已要求生物質(zhì)鍋爐煙氣的排放標(biāo)準(zhǔn)按新版本的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)執(zhí)行,即煙塵、SO2、NOx的排放限值為30、200、200mg/m3,其中重點地區(qū)按20、50、100mg/m3執(zhí)行;而執(zhí)行火電超低排放標(biāo)準(zhǔn)的對應(yīng)限值則為10、35、50,與燃?xì)廨啓C機組的排放限額一致。隨著各地區(qū)環(huán)保治理要求及標(biāo)準(zhǔn)的提高,不排除將來生物質(zhì)鍋爐會按超低排放要求執(zhí)行。即便考慮到生物質(zhì)發(fā)電本身的特殊性,對標(biāo)普通火電排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,亦成為可能的政策趨勢。
與燃煤煙氣相比,生物質(zhì)鍋爐的爐膛溫度差別大、煙氣含水量高、煙塵堿金屬含量高、二氧化硫、氮氧化物濃度低、波動大,其對脫硫脫硝方案的選擇都有較大影響。對煙氣污染物排放指標(biāo)要求不高的地區(qū),爐內(nèi)噴鈣、爐外噴鈣、低氮燃燒、SNCR技術(shù)是十分適用的脫硫脫硝技術(shù);對煙氣污染物排放指標(biāo)要求高的地區(qū),脫硝采用低氮燃燒、SNCR、O3氧化的組合、脫硫采用濕法脫硫的技術(shù)方案比較合適,其中脫硫脫硝一體化的技術(shù)方案更有優(yōu)勢(高勁豪,張幼安,高原.生物質(zhì)鍋爐煙氣脫硫脫硝技術(shù)方案選擇[J].硫酸工業(yè),2017(08):52-54+58)。
因而考慮到此種實際情形,評價農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項目時,除塵環(huán)節(jié)目前通常都已有設(shè)置,另外就需要考察項目有無采取脫硫脫硝等技術(shù)措施,主要煙氣污染物的排放是否達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)或地方執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、并根據(jù)各項目的實際情況,評價其脫硫脫硝技術(shù)路線選擇的合理性和先進性。
3.2.4 機組的利用小時數(shù)
生物質(zhì)電力生產(chǎn)與區(qū)域燃料的供給完備程度有直接關(guān)系,同時亦與項目的設(shè)計和運營有直接關(guān)聯(lián)??衫眯r數(shù),反映了生物質(zhì)發(fā)電機組所能用以電力生產(chǎn)的有效時間,進而可以表征項目所帶來的環(huán)境效益,同時反映了項目設(shè)計或運營管理的水平。
從國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)看,2016年全國農(nóng)林生物質(zhì)平均利用小時5,835小時,范圍從2,602h(遼寧)~7,208h(山東),垃圾焚燒發(fā)電平均利用小時5,981小時,范圍從2,761h(內(nèi)蒙古)~8,623h(遼寧)。2017年,全國農(nóng)林生物質(zhì)平均利用小時5,668小時,范圍從1,400h(寧夏)~7,083h(新疆),垃圾焚燒發(fā)電平均利用小時5,173小時,范圍從714h(陜西)~6,902h(上海),有效利用小時均較上一年度有所下滑;各地間仍存在較大的差異。
3.2.5 生物質(zhì)發(fā)電項目環(huán)境影響的評估
從全生命周期的角度分析,生物質(zhì)發(fā)電整體上也存在一定的環(huán)境影響,在生物質(zhì)的生產(chǎn)過程,尤其是非糧作物型的燃料種植,用生物質(zhì)能源作物替代自然覆蓋,那么將削弱生態(tài)系統(tǒng)的功能并降低生物多樣性;原料獲取階段,秸稈種植、收獲階段不消耗化石燃料,但運輸階段需消耗少量的燃油等燃料,并產(chǎn)生一定的污染物排放,排放量總體上不大;生物質(zhì)發(fā)電在電廠運行的預(yù)處理階段會消耗一定量的能源;燃燒發(fā)電階段則排放少量SO2、NOx、煙塵、爐渣,以及部分的廢水排放。在評估具體的生物質(zhì)發(fā)電項目時,需考察各項目的燃料獲取方式是否顯著影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、燃料收集階段是否非常依賴集中式運輸、污染物排放對區(qū)域環(huán)境承載力的影響。
四、小結(jié)與展望
生物質(zhì)能源是很有發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉粗?,總體上看,我國包括生物質(zhì)發(fā)電在內(nèi)的各種生物質(zhì)能的利用與開發(fā),處于政策大力支持和推廣應(yīng)用的范圍之內(nèi),預(yù)期未來發(fā)展空間良好。
從生物質(zhì)發(fā)電的角度看,我國近十幾年來處于穩(wěn)步增長期,年均裝機增長幅度超過20%,預(yù)期2018年末,我國將可能成為世界裝機規(guī)模最大的單一國家;發(fā)電類型主要分為垃圾焚燒發(fā)電和農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電兩大部分,體量基本相當(dāng)。但受限于生物質(zhì)資源的可利用途徑、原料供給、盈利模式等等,單純的直燃型農(nóng)林生物質(zhì)電廠發(fā)展存在一定的地理區(qū)位和資源限制;未來與燃煤火電機組的協(xié)同耦合發(fā)展可能是經(jīng)濟性和環(huán)保屬性均比較良好的發(fā)展途徑之一。從總量角度,生物質(zhì)發(fā)電僅僅只是我國巨大能源生產(chǎn)消費體量中的一個小組分。
生物質(zhì)發(fā)電的環(huán)境效益明顯,低排放和資源可再生是其本質(zhì)優(yōu)點。未來以裝機規(guī)模不太大的分布式生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)為形式的能源開發(fā)模式和項目建設(shè),預(yù)期可成為我國城鎮(zhèn)化發(fā)展和城鄉(xiāng)現(xiàn)代建設(shè)的重要舉措之一,協(xié)同解決小型城鎮(zhèn)和城鄉(xiāng)居住區(qū)的包括居民取暖在內(nèi)的熱力供應(yīng),并實現(xiàn)電力生產(chǎn),如此形式可有效消納周邊農(nóng)林地區(qū)的生物質(zhì),有效降低采暖期的化石燃料消耗和污染排放,減少農(nóng)林生物質(zhì)散燒帶來的負(fù)面環(huán)境影響。
 
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